[发明专利]一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法

权利要求书

1.一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，其特征在于，包括等离子体发生器、程控电源系统、天线、矢量网络分析仪；

所述等离子体发生器中间为金属钝锥体，所述金属钝锥体的外部设有层叠结构的多个等离子体管，所述多个等离子体管各自通过低压汞蒸气放电来产生特定浓度的等离子体，以模拟超高声速等离子体鞘套密度的梯度分布；

所述程控电源系统包括控制计算机、控制主机、网关、电子镇流器及电源；其中，每个电子镇流器输出端连接与之对应的一个或多个等离子体管，每个电子镇流器的输入端连接网关及电源，通过控制计算机对电源的输入功率进行调控，电源的输入功率与等离子体管内的电子密度呈正比；通过程控电源系统控制等离子体发生器的放电功率，实现等离子体管内的等离子体电子密度同时或逐次变化；

所述等离子体发生器一侧放置有位置可调的天线，所述天线是一对频率范围为1GHz-8GHz的喇叭天线，所述喇叭天线通过底座架设在等离子体发生器一侧并调整中心位置对齐，保证测试的远场条件；所述等离子体发生器放置在转台上，通过控制转台来测量不同方位角度的电磁散射参数；所述喇叭天线连接在矢量网络分析仪的测试端口，每个测试端口存在一个信号发射器和接收器，可以同时处理发射和接收的信号，对散射参数进行测量。

2.根据权利要求1所述的超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，其特征在于，

所述等离子体发生器布置有200支等离子体管：金属钝锥体的前端与中部位置均设有2-7层等离子体管，管外径为16mm；金属钝锥体的后部位置设有2层等离子体管，管外径25.4mm；金属钝锥体由铝合金材料制成，其底面直径为200mm，高度为240mm。

3.根据权利要求1所述的超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，其特征在于，

所述矢量网络分析仪对散射参数进行测量，通过频率扫描和功率扫描，得到等离子体传输过程中与电磁波的透射系数对应的振幅信息和电磁波相位信息；所述矢量网络分析仪通过开启时域门以选择性地去除反射对传输的影响，排除干扰信号带来的系统误差。

4.根据权利要求1所述的超高声速二维等离子体鞘套的测试系统，其特征在于，

所述测试系统还包括等离子体密度诊断系统，所述等离子体密度诊断系统基于连续光谱绝对强度法，通过光谱仪对等离子体管的发射光谱进行测量，以诊断等离子体电子密度。

5.一种超高声速二维等离子体鞘套的测试方法，其特征在于，使用权利要求1~4中任意一项所述超高声速二维等离子体鞘套的测试系统；

所述测试方法，包括：将等离子体发生器放置在转台上；使用一对频率范围为1GHz-8GHz的喇叭天线，所述喇叭天线通过底座架设在等离子体发生器一侧并调整中心位置对齐，保证测试的远场条件；所述喇叭天线连接至矢量网络分析仪的测试端口，根据天线频率设置频率测试范围为1 GHz -8 GHz；

通过矢量网络分析仪测量等离子体传输过程中电磁波的透射系数对应的振幅信息和电磁波相位信息；调节到矢量网络分析仪的时域模式，保留透射信号曲线的最高值点，即微波信号垂直入射到接收天线的信号，过滤掉其他入射信号，切换到频域模式，从而开启时域门来过滤掉干扰信号；

利用矢量网络分析仪将初始状态的曲线，记录为记忆参考线；将程控电源系统与等离子体发生器连接，通过控制计算机调节等离子体发生器的放电功率变化；通过矢量网络分析仪记录不同放电情况下的传输特性曲线；

利用光谱仪，对等离子体发生器的光谱进行测量，通过得到的谱线分析出等离子体电子密度，进而得到等离子体频率、碰撞频率。